專利名稱：采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)，屬于直升機(jī)振動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于直升機(jī)旋翼工作在非對稱、非定常氣動環(huán)境中，造成直升機(jī)機(jī)體振動水平很高，影響直升機(jī)飛行性能。因此，直升機(jī)振動控制對提高直升機(jī)飛行性能具有非常重要的作用。當(dāng)前，結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制被認(rèn)為是最具實(shí)用價(jià)值的直升機(jī)振動主動控制新技術(shù)，能有效地降低直升機(jī)的振動水平。但是，目前直升機(jī)振動主動控制系統(tǒng)中常用的慣性作動器或液壓作動器由于其附加質(zhì)量大、工作頻帶窄、響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，大大降低和制約了控制系統(tǒng)的性能和振動控制的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)，壓電疊層作動器具有質(zhì)量輕、工作頻帶寬、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，作為高效作動元件能有效地提高直升機(jī)振動主動控制系統(tǒng)的性能，并顯著提高直升機(jī)振動控制的效果。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
一種采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號發(fā)生器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、功率放大器、激振器、壓電疊層作動器、信號調(diào)理器、ICP加速度傳感器、DSP嵌入式控制器、壓電疊層作動器，其中:計(jì)算機(jī)輸出振動信號，該振動信號經(jīng)過數(shù)字信號發(fā)生器進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，轉(zhuǎn)換后的模擬信號經(jīng)過低通濾波器進(jìn)入功率放大器，經(jīng)功率放大器過放大后傳輸?shù)郊ふ衿?，激振器根?jù)該信號動作產(chǎn)生激勵力作用到直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，模擬直升機(jī)旋翼激勵力產(chǎn)生一個振動加速度信號；該振動加速度信號經(jīng)過ICP加速度傳感器依次經(jīng)信號調(diào)理器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP嵌入式控制器進(jìn)入到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)機(jī)體振動加速度的大小，輸出振動控制信號，該信號經(jīng)過DSP嵌入式控制器進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，該模擬信號經(jīng)過低通濾波器進(jìn)入功率放大器進(jìn)行放大，所述壓電疊層作動器接收功率放大器放大后的信號并產(chǎn)生相應(yīng)的作動力作用到直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，控制機(jī)體的振動。進(jìn)一步的，所述壓電疊層作動器是直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)外側(cè)，或借助支撐裝置安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)外側(cè)，或直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)之間。與現(xiàn)有的采用慣性作動器或液壓作動器的直升機(jī)振動主動控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明的采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點(diǎn):作動器的附加質(zhì)量輕、工作頻頻率范圍寬、對指令的響應(yīng)速度快、跟隨控制能力強(qiáng)、振動控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，有效地提高了直升機(jī)振動主動控制系統(tǒng)的性能，并顯著提高了直升機(jī)振動控制的效果


圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖。圖2壓電疊層作動器直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)內(nèi)示意圖。圖3壓電疊層作動器借助于支撐安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)外示意圖。圖4壓電疊層作動器直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)之間示意圖。圖5是單頻激勵控制點(diǎn)的加速度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)效果圖。圖6是雙頻激勵控制點(diǎn)的加速度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)效果圖。圖7是激勵幅值改變后的加速度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)效果圖。圖8是激勵相位改變后的加速度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)效果圖。圖9是激勵頻率改變后的加速度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)效果圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，附圖非限制性地公開了本發(fā)明的采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)。如圖1所示，一種采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)，包括直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號發(fā)生器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、功率放大器、激振器、壓電疊層作動器、信號調(diào)理器、ICP加速度傳感器、DSP嵌入式控制器，在所述的直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)上安裝有壓電疊層作動器，壓電疊層作動器的安裝可以有多種方式，如直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)內(nèi)，如圖2所示；借助于支撐安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)外，如圖3所示；直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)之間，如圖4所示。所述的控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)組成輸入/輸出回路，兩者之間是數(shù)字信號發(fā)生器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、功率放大器、激振器、壓電疊層作動器、信號調(diào)理器、ICP加速度傳感器、DSP嵌入式控制器，回路由三部分組成，第一部分是計(jì)算機(jī)輸出振動信號、進(jìn)入數(shù)字信號發(fā)生器、到D/A轉(zhuǎn)換器、到低通濾波器、到功率放大器、到激振器、激振器的激勵力作用到直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，模擬直升機(jī)旋翼激勵力；第二部分是直升機(jī)機(jī)體振動加速度信號進(jìn)入ICP加速度傳感器、到信號調(diào)理器、到低通濾波器、到A/D轉(zhuǎn)換器、到DSP嵌入式控制器、到計(jì)算機(jī)；第三部分是計(jì)算機(jī)輸出控制信號、進(jìn)入DSP嵌入式控制器、到D/A轉(zhuǎn)換器、到低通濾波器、到功率放大器、到壓電疊層作動器、作動器的作動力作用到直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，控制機(jī)體的振動。對本發(fā)明所述的采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。以某直升機(jī)旋翼主通過頻率19.5Hz單頻激勵，當(dāng)控制開始后振動很快衰減，在5秒時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的振動水平降低了 96%，如圖5所示。以主通過頻率19.5Hz和次通過頻率39.0Hz雙頻激勵，控制效果仍然很好，當(dāng)控制開始后振動很快衰減,在5秒時(shí)間內(nèi)振動水平的衰減幅度達(dá)到95%以上，如圖6所示。為了考察控制系統(tǒng)對激勵力變化的適應(yīng)性，對激勵力的幅值、相位和頻率的變化進(jìn)行了自適應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)研究。系統(tǒng)開始以19.5Hz的激勵力輸入，IOs時(shí)控制開啟，振動很快裳減，待裳減穩(wěn)定后在30s時(shí)改變激勵力參數(shù)，此時(shí)，結(jié)構(gòu)振動又很快變大，主動控制系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的變化，給壓電疊層作動器輸入新的電壓，作動器改變輸出力，結(jié)構(gòu)響應(yīng)又很快衰減到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的自適應(yīng)控制，如圖7所示。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，分別改變相位和頻率，得到同樣的自適應(yīng)控制效果，分別如圖8和圖9所示。
權(quán)利要求
1.一種采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號發(fā)生器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、功率放大器、激振器、壓電疊層作動器、信號調(diào)理器、ICP加速度傳感器、DSP嵌入式控制器、壓電疊層作動器，其中:計(jì)算機(jī)輸出振動信號，該振動信號經(jīng)過數(shù)字信號發(fā)生器進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，轉(zhuǎn)換后的模擬信號經(jīng)過低通濾波器進(jìn)入功率放大器，經(jīng)功率放大器過放大后傳輸?shù)郊ふ衿鳎ふ衿鞲鶕?jù)該信號動作產(chǎn)生激勵力作用到直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，模擬直升機(jī)旋翼激勵力產(chǎn)生一個振動加速度信號；該振動加速度信號經(jīng)過ICP加速度傳感器依次經(jīng)信號調(diào)理器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP嵌入式控制器進(jìn)入到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)機(jī)體振動加速度的大小，輸出振動控制信號，該信號經(jīng)過DSP嵌入式控制器進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，該模擬信號經(jīng)過低通濾波器進(jìn)入功率放大器進(jìn)行放大，所述壓電疊層作動器接收功率放大器放大后的信號并產(chǎn)生相應(yīng)的作動力作用到直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，控制機(jī)體的振動。
2.如權(quán)利要求1所述的 一種采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述壓電疊層作動器是直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)外側(cè)，或借助支撐裝置安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)外側(cè)，或直接安裝于直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用壓電疊層作動器的直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制系統(tǒng)，涉及直升機(jī)振動控制技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號發(fā)生器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、功率放大器、激振器、壓電疊層作動器、信號調(diào)理器、ICP加速度傳感器、DSP嵌入式控制器，其中由計(jì)算機(jī)和直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)組成輸入/輸出回路，先由計(jì)算機(jī)輸出振動信號作用到機(jī)體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而機(jī)體產(chǎn)生的振動加速度信號返回計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)輸出控制信號控制機(jī)體振動起到直升機(jī)振動控制的作用。本發(fā)明的直升機(jī)振動控制系統(tǒng)具有作動器附加質(zhì)量輕、工作頻帶寬、響應(yīng)速度快、跟隨控制能力強(qiáng)、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B64C27/00GK103213678SQ20131008295
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者夏品奇, 宋來收 申請人:南京航空航天大學(xué)